浙教版科学九上 第三章 7 焦耳定律、电热计算 复习讲义（机构））

焦耳定律和电热计算
一、知识点
1.电流的热效应
1、定义：电流通过导体时电能转化成内能，这种现象叫做电流的热效应。
2、电热器：利用电流的热效应来工作的设备叫电热器，所有电热器都是把电能转化为内能的装置。如：电烙铁、电熨斗、电炉子、电饭锅、电暖气、电烤箱、电热水器等。
2.电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关。
猜想：产生热的多少可能跟电阻的大小有关；通电时间越长，电流产生的热也会越多。
设计并进行实验：
（1）探究电流产生热量与电阻的关系
如图所示，在两个透明容器中封闭着等量的空气，容器分别连着U形管的一端；没有加热时，U形管中液面是相平的。两密闭容器中各有一段电阻丝，且右边容器中的电阻比较大。当通电时，电阻丝发热，加热容器中的空气，空气受热膨胀，U形管中液面高度会发生变化，U形管中液面高度的变化反映了密闭空气温度的变化。
将两容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通过两电阻丝的电流相等。通电一段时间后，比较两个U形管中液面高度的变化。发现与右边容器相通的U形管中液面高度的变化更大些。
结论：在电流、通电时间相同的情况下，电阻越大，这个电阻产生的热量越多。
（2）探究电流产生的热量与电流的关系
如图所示，两个密闭容器中的电阻丝阻值均是5Ω，在右侧容器的外部，将一个5Ω的电阻与这个容器中的电阻并联，因此通过左侧容器中电阻丝的电流大于通过右侧容器中电阻丝的电流。在通电时间相同的情况下，观察两个U形管中液面高度的变化，发现左侧U形管中液面高度的变化更大一些。
结论：在电阻、通电时间相同的情况下，通过一个电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越多。
（3）探究电流产生的热量与通电时间的关系
将套装置接到电源两端，在通电过程中，只观察左侧U形管中液面高度的变化，发现随着通电时间的增加，U形管中液面高度的变化逐渐变大。
结论：在电流、电阻相同的情况下，通电时间越长，这个电阻产生的热量越多。
2.焦耳定律
1、内容：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。这个规律叫做焦耳定律。
2、公式：；在国际单位制中，热量Q的单位是焦耳，符号“J”。
3、电流通过导体时，如果电能全部转化为内能，而没有转化为其他形式的能量，那么，电流产生的热量Q就等于消耗的电能（或电功）W，即。
注意：对焦耳定律的进一步理解
（1）焦耳定律是一个实验定律，当电流做的功全部转化为热时，可根据电功公式和欧姆定律，从理论上证明该定律的正确性。在纯电阻电路中：，由于，，所以。
（2）该定律适合于任何用电器产生的热量计算。对于纯电阻电路也可用：，，进行计算。
（3）在非纯电阻电路中，电流做功，只有一部分电能转化成内能，所以消耗的电能大于电热，即W＞Q，例如：电流通过电动机，一少部分电能转化成内能，还有一大部分转化成机械能，此时。在非纯电阻电路中，计算消耗的电能（电功）只能用，计算电热只能用。
二、考点
1.探究焦耳定律
1.为了探究电流产生的热量跟什么因素有关，某同学设计了如图所示的装置。将两段阻值不同的电阻丝分别密封在两个完全相同的小塑料盒中，塑料盒内分别插着相同的温度计，电源电压不变。闭合开关，相同时间内A的温度计温度上升快，则下列说法不正确的是(??? )B
A .相同时间内电阻R1产热量多 B .电阻R1>R2
C .R1两端电压大于R2两端的电压
D .该实验为探究电流产生的热量与电流大小是否有关
2.如图为“探究焦耳定律”的实验装置。两个相同烧瓶内置电阻丝，密封有初温和质量相同的煤油，两玻璃管中液面高度相同。通电一段时间后，右侧玻璃管中液面比左侧高。下列说法正确的是(??? )A
A .右侧烧瓶中电阻丝的阻值比左侧烧瓶中电阻丝的阻值大
B .该装置用于探究电流通过导体产生的热量多少与电流大小的关系
C .通过观察玻璃管中液面高度的变化来判断电流产生热量的多少，这种方法是控制变量法
D .若用水替换该装置中的煤油进行实验，由于水的比热容大，相同时间内温度变化更为明显
3.图实验装置可用于探究“电流通过导体产生热量的多少与电阻大小的关系”。实验装置中，两根电阻丝R1（5Ω）、R2(10Ω）串联后分别放入两个相同的封闭空气盒中；两个空气盒各自连接一个相同的U形管，两U形管装有同种液体并封闭等量的空气，且两U形管内的各液面相平。下列说法正确的是（?? ）B
A .该实验装置是利用U形管中液体的热胀冷缩来反映电阻丝产生热量的多少
B .通电一段时间后，会发现左侧U形管的液面高度差小于右侧U形管
C .两侧空气盒与U形管中装等量的煤油也可以完成探究任务，且更节省时间
D .利用该实验装置无法探究“电流通过导体产生热量的多少与通电时间长短的关系”
4.如图所示，为“探究电流通过导体时产生的热量与什么因素有关”的实验电路，以下说法正确的是（　　）C
A .闭合开关S1、S2?， 通过三根电阻丝的电流相同
B .先闭合开关S1?， 再闭合开关S2?， 电流表示数保持不变
C .先闭合开关S1?， 再闭合开关S2?， 通过右容器中电阻丝的电流变小
D .闭合开关S1、S2一段时间后，右边U形管内的液面比左边U形管内的液面高
电热计算
命题角度1：“电热水器型”，此类题目应用公式：消耗的电能W=UIt 或W=Pt 被水吸收的热量Q=cm（t-t0）若不计能量损失，则W=Q，若考虑转化效率W=Q+W损失
例题：某品牌电磁炉铭牌部分参数如图所示，现将其接入220 V电路中给锅内25 ℃的水加热5 min，锅内的水温度升高到88 ℃，已知c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，求：
(1)电磁炉在5 min内消耗的电能；
(2)假设电磁炉工作时产生的热量全部被水吸收，那么锅内水的质量是多少？
变式训练：某款电热水壶的相关信息如表所示，现在该水壶内装入质量为1kg、初温为20℃的水，放置在水平桌面上接通电源使其正常工作，在标准大气压下将水烧开(不计热量损失)求：
(1)装入水后水壶对桌面的压强p；750Pa
(2)水吸收的热量Q；3.36X105J
(3)将水烧开所需时间t；(c=4.2×103J/(kg·℃),g=10N/kg) 336S
命题角度2：“保温、加热”型
此类题目一般分为三种电路原理图，分“高、中、低三档位” 和“保温、加热两档位”。应用公式为
一、如果是两档位型，该电路原理图是一个单开关控制型，可分为并联型和串联型
a.若是并联型：则两电阻并联一起工作是高功率（加热）档位；其中一个电阻工作为低功率（保温）档位
例题：图甲为某款新型电饭煲，额定电压为220 V，它采用了“聪明火”技术，智能化地控制不同时间段的烹饪温度，以得到食物最佳的营养和口感。图乙为其电路原理图，R1和R2为电阻不变的电热丝，S1是自动控制开关。将电饭煲接入220 V电路中，在电饭煲工作的30 min内，它消耗的电功率随时间变化的图像如图丙所示。求：
（1）0～10 min，电饭煲产生的总热量；
（2）S和S1均闭合，电路中的总电流；
（3）电阻丝R2的阻值。
(1)3.96X105J
(2)3A
（3）220Ω
变式训练：图甲是小明家安装的即热式热水器，其具有高、低温两档加热功能，低温档功率为5500W，内部等效电路如图乙所示，R1和R2是两个电热丝。某次小眀用高温档淋浴时，水的初温是20℃，淋浴头的出水温度为40°C，淋浴20min共用水100L．假设热水器电热丝正常工作且产生的热量全部被水吸收【c水=4.2×103J/（kg?°C）】求：
（1）电热丝R1的阻值。8.8Ω
（2）该热水器高温档功率。7000w
b.若是串联型：则其中一个电阻工作是高功率（加热）档位；两个电阻串联一起工作为低功率（保温）档位
例题（2019湘西州，27）下图是普通家用两档电取暖器内部简化电路图，R1、R2为电热丝，且电阻不变，高温档位功率为1100W，低温档位功率为440W，家庭电路电压U=220V，求：
（1）电取暖器处于高温档位时电路中的电流强度；5A
（2）电路中R1的阻值；44Ω
（3）如果普通家庭生活用电的电费价格为每度0.55元，试计算用该电取暖器的低温档位取暖4小时需要缴纳的电费。
变式训练（2019孝感）家用电饭锅中自动开一般由感温铁氧体组成，将电饭锅的自动开关S按下，电饭锅处于别热状态，，当感温铁氧体温度达到103℃时失去磁性，被吸铁块由弹簧弹开使电饭锅进入保温状态。某家用电饭锅内部电路简化示意图如图甲，某次使用该电饭锅在220V的电压下煮饭过程中，通过的电流随时间变化的图象如图乙。
(1)当锅内温度为100℃时，自动开关S与________(选填“1”或“2”)连接，此时电饭锅处于________(选填“加热“或“保温”)状态。
(2)该电饭锅此次工作30分钟消耗的电能为多少?
(3)电阻R与R2的阻值之比为多少?
(4)若要使该电饭锅的加热功率提高到1100W，可以给电阻R1并联一个阻值为多大的电阻R3？
（1）1 加热
（2）0.22Kwh
（3）1:3
（4）220Ω
二、如果是三档位型，该电路原理图是一个多开关控制型（电路中的电阻一般为两个）通过投掷开关达到三档条件
高功率（加热）档位：为两电阻并联连接 中档位（文火）：其中一个电阻工作 低功率（保温）档位：两电阻串联连接
例题：小洋妈妈在国外旅游时买了一台家用智能电热马桶盖（如图甲），图乙是小洋设计的便座加热电路，R1和R2是两个定值电阻（表示两个电热丝），单刀双掷开关S2可接a或b，该电路通过开关S1和S2的不同接法组合，实现“高温挡、中温挡、低温挡”三种加热功能（见下表）．
S1
断开
断开
闭合
闭合
S2
接b
接a
接a
接b
功率
P0=0
P1=22W
P2=44W
Px
（1）求R1和R2的阻值； （2）求出表中的“Px”；
（1）R1=R2=1100Ω Px=88w
变式训练：电加热眼罩对缓解眼疲劳有一定效果。如图甲是一款市场上的产品，小敏查阅使用说明书，其相关参数如下表乙。
（1）当该款眼罩还剩10%的电池容量时，在额定电压下充电，充满电至少需要多少时间？
（2）图丙是小敏设计的可以手动调节高、中、低三档加热的电热眼罩原理图。电源电压U恒为4.8伏，已知电热丝R1阻值为4欧，电热丝R2阻值为6欧，开关S3只接a或b。
①丙图电路中S1闭合，S2断开，S3接a时，加热电路为 （选填“高”、“中”或“低”）温档。
②中温档功率为多少瓦？
③高温档工作20分钟，眼罩消耗的电能为多少焦？
2.某电器厂设计了一种具有高、中、低温三挡的家用电火锅，该火锅产品铭牌和电路图如图所示：
（1）当开关S1断开，S2接a时，该电火锅选用______档工作（选填“高温”、“中温“或“低温”）。
（2）当电火锅使用中温档正常工作时，电路中电流是多大？接入电路的电热丝的阻值是多少？
（3）用电火锅高温档在额定电压下烧水7分钟，电流做了多少功？若电热丝产生的热量全部被水吸收，在1个标准大气压下，能使1kg初温为20℃的水升高多少℃（c水=4.2×103J/（kg?℃））？
命题角度3：“豆浆机、电吹风”型 （内有电动机）
此类题目在纯电阻加热的基础上再增加一个电动机进行工作。简单用公式表达为电路消耗的电能W=UIt 转化为电阻发热Q=I2Rt=和电动机的机械能。即W消耗=Q热+W机械 在解这类题目时要小心使用公式。最后一小题求整个工作过程消耗掉的总电能一般使用公式W总=P电机t电机+P加热t加热计算。
例题：小华家买了一个家用电吹风，其简化电路如图所示，主要技术参数如下表。电吹风在额定电压下工作，请解答如下问题：
热风温度
50﹣75℃
额定功率
热风时：990W
冷风时：110W
额定电压
220V
质量
0.5kg
（1）电吹风吹冷风时，通过电动机的电流是多大？
（2）电热丝工作时的电阻是多大？
（3）电吹风内电动机的电阻是1Ω，电吹风吹冷风30min产生的热量是多少？
0.5A 55Ω 450j
变式训练1：如图甲所示是一款超市用的透明玻璃门冷饮展示冰柜，该冰柜的玻璃门采用的是防雾玻璃，玻璃夹层中有电热丝用来加热玻璃，可以有效防止在玻璃上出现水雾，电热丝与冰柜中的电动制冷压缩机连接的简化电路如图乙所示，其相关参数如表所示。超市内温度一般调节在 26℃左右。求：
额定电压
220V
电动制冷压缩机额定功率
220W
防雾电热丝的额定功率
110W
（1） 其中防雾电热丝的电阻为多少？
（2） 冰柜的电动制冷压缩机和防雾电热丝同时正常工作时干路上的电流为多少？
（3） 冰柜的电热丝与电动制冷压缩机同时正常工作 10 分钟，消耗多少电能？


2.如图甲是豆浆机的工作原理图，其中电动机是用来带动刀头将原料进行粉碎打浆的，额定功率是200W。R是加热电阻，加热豆浆的，其额定功率是1100W。图乙是此豆浆机做一次豆浆时的工作信息。求:
（1） 豆浆机正常工作，加热豆浆时的工作电流是多少?
（2） 豆浆机正常工作做一次豆浆，总共消耗的电能是多少?
（3） 豆浆机中的加热电阻因为氧化，导致其电阻变大，为保证加热功率不变，下列改进方法合理的是(?? )
A .在AB间并联一个加热电阻 B .在CD间串联一个加热电阻 C .在DE间并联一个加热电阻
其他双头开关型
1.?(2019九上·新昌期末)?干燥的空气让人不舒服，电热加湿器能改变空气的湿度。如图甲是小明家某型号电热加湿器其原理如图乙，R1、R2都是发热电阻，不考虑温度对电阻的影响，且R2=3R1 S为旋转型开关，1、2、3、4为触点，通过旋转开关S可实现“关档”、“低档”、“高档”之间的切换(低档为小功率加热，高档为大功率加热)。小明查阅使用说明书，其部分技术参数如表丙。
（1） 开关S处于3、4触点时，电热加湿器的状态是 (选填“关档”、“低档”或“高档”)
（2） 电热加湿器中R1的阻值为欧。
（3）低档功率为多少瓦？


2.?(2019·东阳模拟)?如图是某款电热水龙头的电路原理图。R1、R2为电热丝，通过旋转手柄可使扇形开关S同时接触两个相邻触点，实现冷水、温水、热水档之间的切换。
（1） 当开关同时接触2、3触点时，水龙头放出的是 （选填“冷”“温”或“热”）水。温
（2） 若R2=2R1，水龙头在温水档正常工作时电功率为2000W，则R1的阻值为多少？
（3） 它在热水档正常工作2min消耗的电能为多少？?
3.具有防雾、除露、化霜功能的汽车智能后视镜能保障行车安全，车主可通过旋钮开关实现功能切换。下图是模拟加热原理图，其中测试电源的电压为10V，四段电热丝电阻均为10Ω，防雾、除露、化霜所需加热功率依次增大。求：
⑴开关旋至“1”档，开启的功能是 。防雾
⑵开启除露功能时，电路中电流的大小。1A
⑶开启化霜功能1分钟，电热丝所产生的热量。
1200J